練案[18]第18講原電池化學(xué)電源一、選擇題：本題共10小題，每小題只有一個選項符合題目要求。1.(2023·山東濟(jì)南檢測)課堂學(xué)習(xí)中，同學(xué)們利用鋁條、鋅片、銅片、導(dǎo)線、電流表、橙汁、燒杯等用品探究原電池的組成。下列結(jié)論錯誤的是(D)A．原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置B．原電池由電極、離子導(dǎo)體和導(dǎo)線等組成C．圖中a極為鋁條、b極為鋅片時，導(dǎo)線中會產(chǎn)生電流D．圖中a極為鋅片、b極為銅片時，電子由銅片通過導(dǎo)線流向鋅片[解析]原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，故A正確；根據(jù)圖片可知，原電池由電極、電解質(zhì)溶液和導(dǎo)線等組成，故B正確；該裝置符合原電池的構(gòu)成條件，所以該裝置是原電池，放電時能產(chǎn)生電流，故C正確；該裝置是原電池，鋅是負(fù)極，銅是正極，原電池放電時電子從鋅片通過導(dǎo)線流向銅片，故D錯誤。2．(2022·廣東珠海摸底)肼(N2H4)燃料電池是一種理想的電池，產(chǎn)物無污染，其工作原理如圖所示，下列敘述正確的是(A)A．當(dāng)消耗1molO2時，負(fù)極生成1mol氣體B．電池工作時，負(fù)極的pH升高C．正極反應(yīng)為O2＋4e－＋4H＋=2H2OD．X最好用陽離子交換膜[解析]由題意可知，肼燃料電池的總反應(yīng)為N2H4＋O2=N2＋2H2O，由此可知負(fù)極N2H4失電子生成N2，當(dāng)消耗1molO2時轉(zhuǎn)移4mol電子，根據(jù)得失電子守恒，負(fù)極生成1molN2，故A正確；電池工作時，負(fù)極反應(yīng)式是N2H4－4e－＋4OH－=N2＋4H2O，負(fù)極的pH降低，故B錯誤；根據(jù)題圖，正極生成氫氧化鈉，正極反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，故C錯誤；負(fù)極消耗OH－，正極生成OH－，溶液維持電中性且正極生成NaOH，Na＋向正極移動，故X最好用陽離子交換膜，故D錯誤。3．(2022·湖南寧鄉(xiāng)調(diào)研)二氧化碳(CO2)的捕獲和儲存對于應(yīng)對全球氣候變化的巨大挑戰(zhàn)具有重要意義。最近，南京航空航天大學(xué)的學(xué)者設(shè)計出了一種以CO2為動力源，HCOOH為放電產(chǎn)物的水基鋰—二氧化碳新型電池，工作原理如圖所示，下列說法正確的是(C)A．吸收CO2的一極為負(fù)極B．電子從Li電極流出，經(jīng)過溶液流回Li電極C．放電時，CO2發(fā)生還原反應(yīng)D．該新型電池中Li電極可直接與溶液接觸[解析]由題可知，放電時CO2得電子，發(fā)生還原反應(yīng)生成HCOOH，吸收CO2的一極為正極，故A錯誤、C正確；電子不能在溶液中移動，在電解質(zhì)溶液中是通過離子移動導(dǎo)電，電子從Li電極流出，經(jīng)外電路流入多孔Pd電極，故B錯誤；鋰與水能反應(yīng)，電池中Li電極不能直接與溶液接觸，故D錯誤。4．(2023·河北衡水檢測)化學(xué)電源在日常生活和高科技領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用。下列說法不正確的是(A)A．甲：Zn2＋向Cu電極方向移動，Cu電極附近溶液中H＋濃度增加B．乙：正極的電極反應(yīng)式為Ag2O＋2e－＋H2O=2Ag＋2OH－C．丙：鋅筒作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，鋅筒會變薄D．丁：使用一段時間后，電解質(zhì)溶液的酸性減弱，導(dǎo)電能力下降[解析]Zn比Cu活潑，作負(fù)極，Zn失電子變成Zn2＋，電子經(jīng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)移到銅電極，銅電極負(fù)電荷變多，吸引了溶液中的陽離子，因而Zn2＋和H＋遷移至銅電極，H＋氧化性較強，得電子變成H2，因而c(H＋)減小，A項不正確；Ag2O作正極，得到來自Zn失去的電子，被還原成Ag，KOH溶液作電解液，故電極反應(yīng)式為Ag2O＋2e－＋H2O=2Ag＋2OH－，B項正確；Zn為較活潑電極，作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Zn－2e－=Zn2＋，鋅溶解，因而鋅筒會變薄，C項正確；鉛蓄電池總反應(yīng)式為PbO2(s)＋Pb(s)＋2H2SO4(aq)eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2PbSO4(s)＋2H2O(l)，可知放電一段時間后，H2SO4不斷被消耗，因而電解質(zhì)溶液的酸性減弱，導(dǎo)電能力下降，D項正確。5.如圖是課外活動小組設(shè)計的用化學(xué)電源使LED燈發(fā)光的裝置。下列說法錯誤的是(C)A．銅片表面有氣泡生成B．裝置中存在“化學(xué)能→電能→光能”的轉(zhuǎn)換C．如果將稀硫酸換成檸檬汁，導(dǎo)線中不會有電子流動D．如果將鋅片換成鐵片，電路中的電流方向不變[解析]檸檬汁顯酸性，也能作電解質(zhì)溶液，所以將稀硫酸換成檸檬汁，仍然構(gòu)成原電池，所以導(dǎo)線中有電子流動，C錯誤；金屬性Cu比Zn、Fe弱，Cu作正極，所以電路中的電流方向不變，D正確。6．如圖中四種電池裝置是依據(jù)原電池原理設(shè)計的，下列有關(guān)敘述錯誤的是(C)A．①中鋅電極發(fā)生氧化反應(yīng)B．②中電子由a電極經(jīng)導(dǎo)線流向b電極C．③中外電路中電流由A電極流向B電極D．④中LixC6作負(fù)極[解析]在原電池中陰離子移向負(fù)極，所以③中A電極為負(fù)極，則外電路中電流應(yīng)由B電極流向A電極。7．(2023·重慶育才中學(xué)入學(xué)考試)2020年6月，清華大學(xué)發(fā)現(xiàn)了一種新型的鉀離子電池正極材料，比過去使用的任何材料都更加穩(wěn)定。電池示意圖如圖，總反應(yīng)為FeC2O4F＋KC6eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))C6＋KFeC2O4F。下列有關(guān)說法錯誤的是(D)A．放電時，負(fù)極反應(yīng)為KC6－e－=K＋＋C6B．充電時，陽極反應(yīng)為KFeC2O4F－e－=FeC2O4F＋K＋C．充電時，當(dāng)電路中通過的電子為0.02mol時，碳電極增加的質(zhì)量為0.78gD．用該電池電解飽和食鹽水，陰極產(chǎn)生4.48L氣體時，通過隔膜的K＋為0.2mol[解析]由總反應(yīng)知，放電時，負(fù)極KC6失去電子生成C6，負(fù)極反應(yīng)為KC6－e－=K＋＋C6，A正確；由總反應(yīng)知，充電時，C6得電子在陰極反應(yīng)，則KFeC2O4F在陽極反應(yīng)，陽極反應(yīng)為KFeC2O4F－e－=FeC2O4F＋K＋，B正確；充電時，碳電極為陰極，電極反應(yīng)式為C6＋e－＋K＋=KC6，碳電極增加的質(zhì)量即K＋的質(zhì)量，當(dāng)電路中通過的電子為0.02mol時，K＋的物質(zhì)的量也為0.02mol，質(zhì)量為0.02mol×39g/mol＝0.78g，C正確；未提到標(biāo)準(zhǔn)狀況下，無法用n＝eq\f(V,22.4L/mol)計算，D錯誤。8．(2023·山東淄博模擬)以Na3Ti2(PO4)3為負(fù)極材料的新型可充電鈉離子電池的工作原理如圖。下列說法錯誤的是(C)A．放電時，正極的反應(yīng)為Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋＋2e－=Na2Fe[Fe(CN)6]B．充電時，a端接電源正極C．充電時，每生成1molFe[Fe(CN)6]消耗2molNaTi2(PO4)3D．充電時，Na＋通過離子交換膜從左室移向右室[解析]Na3Ti2(PO4)3為負(fù)極材料，所以放電時Na3Ti2(PO4)3被氧化為NaTi2(PO4)3，Mo箔為正極，F(xiàn)e[Fe(CN)6]被還原為Na2Fe[Fe(CN)6]，電極反應(yīng)為Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋＋2e－=Na2Fe[Fe(CN)6]，A正確；放電時Mo箔為正極，則充電時Mo箔為陽極，a端連接電源正極，B正確；充電時右側(cè)為陰極，電極反應(yīng)為NaTi2(PO4)3＋2e－＋2Na＋=Na3Ti2(PO4)3，陽極的電極反應(yīng)為Na2Fe[Fe(CN)6]－2e－=Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋，根據(jù)電極反應(yīng)可知每生成1molFe[Fe(CN)6]轉(zhuǎn)移2mol電子，消耗1molNaTi2(PO4)3，C錯誤；充電時為電解池，電解池中陽離子由陽極流向陰極，即Na＋通過離子交換膜從左室移向右室，D正確。9．(2023·湖南湘潭第一次質(zhì)檢)《Science》雜志報道了王浩天教授團(tuán)隊發(fā)明的制取H2O2的綠色方法，原理如圖所示(已知：H2O2H＋＋HOeq\o\al(－,2)，Ka＝2.4×10－12)。下列說法正確的是(C)A．X膜為陰離子交換膜B．每生成1molH2O2外電路通過4mole－C．催化劑可加快單位時間內(nèi)反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移數(shù)目D．a(chǎn)極上發(fā)生還原反應(yīng)[解析]由圖可知，通入氫氣的a極為原電池的負(fù)極，氫氣在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氫離子，氫離子通過陽離子交換膜進(jìn)入反應(yīng)室，通入氧氣的b極為正極，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成HOeq\o\al(－,2)，HOeq\o\al(－,2)離子通過陰離子交換膜進(jìn)入反應(yīng)室，反應(yīng)室中HOeq\o\al(－,2)離子與氫離子反應(yīng)，最終生成過氧化氫。X膜應(yīng)為陽離子交換膜，允許氫離子通過，A錯誤；總方程式應(yīng)為H2＋O2eq\o(=,\s\up7(催化劑))H2O2，由總方程式可知，生成1mol過氧化氫，外電路通過2mol電子，B錯誤；催化劑能降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，使單位時間內(nèi)反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目增大，C正確；通入氫氣的a極為原電池的負(fù)極，氫氣在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氫離子，D錯誤。10．(2023·山東濟(jì)南檢測)鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關(guān)敘述正確的是(C)A．銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．電池工作一段時間后，甲池的c(SOeq\o\al(2－,4))減小C．電池工作一段時間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加D．陰、陽離子分別通過交換膜向負(fù)極和正極移動，保持溶液中電荷平衡[解析]Cu作正極，電極上發(fā)生還原反應(yīng)，A錯誤；電池工作過程中，SOeq\o\al(2－,4)不參加電極反應(yīng)，故甲池的c(SOeq\o\al(2－,2))基本不變，B錯誤；電池工作時，甲池反應(yīng)為Zn－2e－=Zn2＋，乙池反應(yīng)為Cu2＋＋2e－=Cu，甲池中Zn2＋會通過陽離子交換膜進(jìn)入乙池，以維持溶液中電荷平衡，由電極反應(yīng)式可知，乙池中每有64gCu析出，則進(jìn)入乙池的Zn2＋為65g，溶液總質(zhì)量略有增加，C正確；由題干信息可知，陰離子不能通過陽離子交換膜，D錯誤。二、非選擇題：本題共4小題。11.(2023·河北衡水檢測)能量之間可相互轉(zhuǎn)化：電解食鹽水制備Cl2是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，而原電池可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。設(shè)計兩種類型的原電池，探究其能量轉(zhuǎn)化效率。限選材料：ZnSO4(aq)，F(xiàn)eSO4(aq)，CuSO4(aq)；銅片，鐵片，鋅片和導(dǎo)線。(1)完成原電池甲的裝置示意圖，并作相應(yīng)標(biāo)注。要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。[答案]如圖所示(2)銅片為電極之一，CuSO4(aq)為電解質(zhì)溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，工作一段時間后，可觀察到負(fù)極電極逐漸溶解。(3)甲、乙兩種原電池中可更有效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是甲，其原因是電池乙的負(fù)極可與CuSO4溶液直接發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能；電池甲的負(fù)極不與所接觸的電解質(zhì)溶液反應(yīng)，化學(xué)能在轉(zhuǎn)化為電能時損耗較小。[解析]以Zn和Cu作電極為例分析，如果不用鹽橋，則除了發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)外還發(fā)生Zn和Cu2＋的置換反應(yīng)，反應(yīng)放熱，會使部分化學(xué)能以熱能形式散失，使其不能完全轉(zhuǎn)化為電能，而鹽橋的使用，可以避免Zn和Cu2＋的直接接觸，從而避免能量損失，提供穩(wěn)定電流。12．(2023·經(jīng)典習(xí)題匯編)(1)高鐵酸鉀(K2FeO4)不僅是一種理想的水處理劑，而且高鐵電池的研制也在進(jìn)行中。如圖是高鐵電池的模擬實驗裝置：①該電池放電時正極的電極反應(yīng)為FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2O＋3e－=Fe(OH)3↓＋5OH－。②鹽橋中盛有飽和KCl溶液，此鹽橋中氯離子向右(填“左”或“右”)移動；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向左(填“左”或“右”)移動。③下圖為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線，由此可得出高鐵電池的優(yōu)點有使用時間長、工作電壓穩(wěn)定。(2)有人設(shè)想以N2和H2為反應(yīng)物，以溶有A的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制造出既能提供電能，又能固氮的新型燃料電池，裝置如圖所示，電池正極的電極反應(yīng)是N2＋6H＋＋6e－=2NH3；A是氯化銨(或NH4Cl)。(3)利用原電池工作原理測定汽車尾氣中CO的濃度，其裝置如圖所示。該電池中O2－可以在固體介質(zhì)NASICON內(nèi)自由移動，工作時O2－的移動方向從b到a(填“從a到b”或“從b到a”)；負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)為CO＋O2－－2e－=CO2。13．人們應(yīng)用原電池原理制作了多種電池以滿足不同的需要。電池發(fā)揮著越來越重要的作用，如宇宙飛船、人造衛(wèi)星、電腦、照相機等，都離不開各式各樣的電池，同時廢棄的電池隨便丟棄也會對環(huán)境造成污染。請根據(jù)題中提供的信息，回答7下列問題：(1)研究人員最近發(fā)明了一種“水”電池，這種電池能利用淡水與海水之間含鹽量的差別進(jìn)行發(fā)電，在海水中電池反應(yīng)可表示為5MnO2＋2Ag＋2NaCl=Na2Mn5O10＋2AgCl。①該電池的負(fù)極反應(yīng)是Ag－e－＋Cl－=AgCl。②在電池中，Na＋不斷移動到“水”電池的正(填“正”或“負(fù)”)極。③外電路中每通過4mol電子時，生成Na2Mn5O10的物質(zhì)的量是2mol。(2)中國科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇(CH3OH是一種可燃物)燃料電池技術(shù)方面獲得新突破。甲醇燃料電池的工作原理如圖所示。①該電池工作時，b口通入的物質(zhì)為CH3OH。②該電池負(fù)極的電極反應(yīng)為CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋。③工作一段時間后，當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)生成CO2時，有1.2NA個電子轉(zhuǎn)移(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。(3)Ag2O2是銀鋅堿性電池的正極活性物質(zhì)，當(dāng)銀鋅堿性電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液時，電池放電時正極的Ag2O2轉(zhuǎn)化為Ag，負(fù)極的Zn轉(zhuǎn)化為K2Zn(OH)4，寫出該電池的總反應(yīng)：Ag2O2＋2Zn＋4KOH＋2H2O=2K2Zn(OH)4＋2Ag。[解析](1)①根據(jù)電池總反應(yīng)：5MnO2＋2Ag＋2NaCl=Na2Mn5O10＋2AgCl，可判斷出Ag應(yīng)為原電池的負(fù)極，負(fù)極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)為Ag＋Cl－－e－=AgCl。②在原電池中陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動。③根據(jù)電池總反應(yīng)可知，每生成1molNa2Mn5O10轉(zhuǎn)移2mol電子，則外電路中每通過4mol電子時，生成Na2Mn5O10的物質(zhì)的量是2mol。(2)①據(jù)氫離子移動方向可知，右側(cè)電極為正極，左側(cè)電極為負(fù)極，負(fù)極上通入燃料甲醇。②負(fù)極上甲醇失電子和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，電極反應(yīng)為CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋。③根據(jù)負(fù)極的電極反應(yīng)可知，當(dāng)6.4g即0.2mol甲醇完全反應(yīng)生成CO2時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1.2mol，則轉(zhuǎn)移電子的個數(shù)為1.2NA。(3)電池放電時正極的Ag2O2轉(zhuǎn)化為Ag，負(fù)極的Zn轉(zhuǎn)化為K2[Zn(OH)4]，正極的電極反應(yīng)為Ag2O2＋4e－＋2H2O=2Ag＋4OH－，負(fù)極的電極反應(yīng)為2Zn－4e－＋8OH－=2[Zn(OH)4]2－，總反應(yīng)為Ag2O2＋2Zn＋4KOH＋2H2O=2K2Zn(OH)4＋2Ag。14．能源是現(xiàn)代文明的原動力，通過化學(xué)方法可以使能量按人們所期望的形式轉(zhuǎn)化，從而開辟新能源和提高能源的利用率。(1)通過氫氣的燃燒反應(yīng)，可以把氫氣中蘊含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，如果將該氧化還原反應(yīng)設(shè)計成原電池裝置，就可以把氫氣中蘊含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，如圖就是能夠?qū)崿F(xiàn)該轉(zhuǎn)化的裝置，被稱為氫氧燃料電池。該電池的正極是b電極(填“a電極”或“b電極”)，在負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)是H2－2e－=2H＋。(2)能源是